Метод свободных колебаний.
Методы колебаний основаны на зависимости характеристик колебаний от физико-механических свойств изделий.
Дефекты (трещины, раковины, сколы, забоины, несплошности материала, именение геометрии, размеров изделий и т.д.), как правило, приводят к изменению распространения колебательной энергии по основным модам собственных колебаний, к изменению амплитуд, частот и фазы колебаний.
Имеются следующие способы возбуждения колебаний в изделии:
кратковременное возбуждение колебаний;
непрерывное возбуждение колебаний.
Таким образом, в связи с вышеизложенным, низкочастотные методы контроля по способу возбуждения колебаний в изделии делятся на
Метод вынужденных колебаний;
Метод свободных колебаний.
Структурная схема некоторых устройств, реализующих низкочастотные методы контроля приведена на рис. 1.
а) Метод свободных колебаний
б) Метод вынужденных колебаний
Рис. 1. Структурная схема устройств реализующих низкочастотные методы контроля: а) метод свободных колебаний; б) метод вынужденных колебаний
Сущность метода свободных колебаний заключается в возбуждении в диагностируемом объекте упругих колебаний путем нормированного кратковременного механического воздействия; регистрации собственных колебаний после снятия возбуждающей силы ; анализ полученных колебаний различными способами; принятии решения о наличии или отсутствии дефекта.
Метод свободных колебаний используется очень давно при проверке стеклянной посуды, ударных музыкальных инструментов, бандажей железнодрожных колес, рельс и других объектов по «чистоте звука», вызываемого механическим ударом. Быстро затухающий нечистый звук или появление в спектре колебаний дополнительных частот, например, дребезжания, - признак наличия дефекта. Этот метод субъективен и зависит от остроты слуха человека.
Возбуждение свободных колебаний может осуществляться:
с помощью нормированного механического удара (молоточком, электроударником, брошенным с определенной высоты металлическим шариком…);
- звуковым полем;
- электромагнитным полем.
Прием свободны колебаний объекта может восприниматься: микрофоном, вибродатчиком, лазерным датчиком.
В качестве информативных параметров используют следующие характеристики свободны колебаний:
- время затухание свободных колебаний;
- изменение частоты, амплитуды и фазы колебаний.
С использованием вышеназванных информативных параметров существуют различные способы обнаружения дефектов.
Способы обнаружения дефектов с использованием времени затухания колебаний.
График затухающих колебаний показан на рис. 2.
Использование коэффициента затуханий.
Рис. 2. Затухающие колебания
Коэффициент
затухания
(по его физическому смыслу) – это
величина, обратная промежутку времени,
по истечении которого амплитуда колебаний
уменьшается в
= 2,73 раз.
Т.е. если промежуток времени
,
то
.
n- число колебаний.
Интенсивность затухания характеризуют также логарифмическим декрементом.
Пусть
– условный период затухающих колебаний.
Отношение
называется декрементом колебаний.
Натуральный
логарифм величины
называется логарифмическим декрементом
|
|
где
|
|
,
и
– амплитуды затухающих колебаний в
момент времени, отличающийся на период
колебания.Декремент – величина, обратная числу колебаний, по истечении которых амплитуда убывает в раз.
Логарифмический
декремент связан с другой важной
характеристикой колебаний – добротностью
– следующим соотношением:
.
Экспериментальная оценка затухания СК возможна несколькими способами:
по сигналу,
по спектрам сканирования сигнала,
косвенным способом.
Оценка затухания СК по сигналу сводится к отысканию подходящей огибающей графика сигнала. Практически полезной эта оценка может быть для грубой отбраковки изделий (на уровне бинарной логики «исправно – дефектно») и для нормирования спектров как способа преодолеть остаточную нестабильность силы, места и направления удара, возбуждающего свободные колебания. Для уточнения характера дефекта, его положения, размеров и прочей детализации дефекта такая оценка вряд ли будет полезной.